Nous recherchons un-e candidat-e ayant une formation en géologie et/ou en mécanique des fluides. Une certaine expérience en programmation (Matlab, Julia, Python, C ou Fortran) et/ou en réalisation de simulations numériques et en visualisation de leurs résultats sera très appréciée. Le projet de doctorat est très académique mais le projet ANR Transfair est étroitement lié à l'industrie minière et offre différentes opportunités de poursuite après le doctorat.

Le lithium est un pilier des politiques de transition énergétique en raison de son rôle incontournable dans les technologies de stockage de l'énergie. De plus, la chaîne de valeur des batteries présente un risque d'approvisionnement élevé. Pour pouvoir relancer les activités minières européennes pour des raisons stratégiques ou environnementales, nous avons besoin d'une amélioration des connaissances disponibles sur les principaux paramètres qui jouent un rôle dans la rentabilité de l'extraction du lithium. En Europe, le lithium se trouve dans les pegmatites et les granites de métaux rares (RMPG) de la ceinture varisque.
L'environnement tectonique est l'un des paramètres contrôlant l'ascension et la mise en place de la fonte de RMPG. Alors que des structures localisées telles que des failles, des zones de failles ou des bandes de cisaillement ductiles forment des voies préférentielles pour l'ascension de la fonte à travers la croûte continentale, la distribution de la fonte peut également aider à localiser la déformation. Cette relation étroite entre les structures localisées et les occurrences de gousses ou de dykes magmatiques se reflète bien dans la nature où la plupart des RMPG se trouvent spatialement associés à des zones de cisaillement majeures, tandis que les pegmatites forment des champs de corps plutôt petits et localisés, qui se regroupent le long de failles cassantes. Cependant, les relations physiques entre l'ascension et la mise en place du RMPG et leur cadre structural restent mal connues car la fusion et la tectonique se déroulent à des échelles de temps différentes.
Ce projet de thèse vise à répondre à cette problématique par une approche innovante de modélisation thermo-mécanique multi-échelle, qui permet de prendre en compte les rétroactions entre tectonique, transfert de chaleur et fusion. Des modèles régionaux de formation de dômes migmatitiques à longue échelle de temps, contraints par des données de terrain et géophysiques, permettront d'obtenir une description auto-cohérente des structures et de la géothermie de la croûte au moment de la fusion, tandis qu'un nouveau modèle à court terme de l'extraction-migration-cristallisation, contraint expérimentalement, permettra de comprendre les paramètres qui contrôlent la distance entre les migmatites et le RMPG, dans leur environnement tectonique. Ce projet se concentrera principalement sur deux cibles principales : le champ de pegmatites de Fregeneda-Almendra dans la zone ibérique de la ceinture varisque et le RMG de Beauvoir dans la partie nord du Massif central français.
Le-a doctorant-e commencera par exécuter des modèles thermomécaniques 3D de dômes migmatitiques représentatifs des études de cas du champ de pegmatites de Fregeneda-Almendra et du RMG de Beauvoir. Nous importerons ensuite les structures thermo-rhéologiques au début de la fusion dans un code à court terme existant qui a déjà été utilisé pour modéliser l'extraction et la migration de la fonte pegmatitique et étudierons en détail comment la structure héritée de la formation du dôme migmatitique influence le chemin de remontée du produit de fusion. Dans un deuxième temps, de nouvelles lois de cristallisation obtenues par notre partenaire dans le cadre de l'ANR Transfair devront être implémentées dans le code afin de prédire où, quand et comment le magma riche en métaux rares cristallise.

Ce projet est supporté par l'ANR TRANSFAIR.

Alexis Plunder encadrera le/la candidat-e sur les aspects géologiques (15%) et L. Raess sur les aspects codes d'extraction (15%), L. Le Pourhiet supervisera le tout et encadrera toute la partie modèles régionaux en 3D.

Financement de la bourse par contrat ANR et BRGM, Financement de l'environnement par contrat ANR

Les résultats devront faire l'objet de publications et très probablement d'un code numérique sous licence GPL.

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We are seeking for a candidate with a background in geology and/or fluid mechanics. Some experience with coding (Matlab, Julia, Python, C or Fortran) and/or performing numerical simulations and visualizing their results will be highly appreciated. We believe PhD is part of basic education, and we seek for extremely motivated candidates. The PhD project is very academic but ANR Transfair is tightly linked with mining industry and offers different post-PhD opportunities.

Lithium is a pillar of energy transition policies due to its unavoidable role in energy storage technologies. Moreover, the battery value chain shows a high supply risk. There is vast debate on the possibility to relocalize strategical/critical metal mining activities in Europe, especially to avoid supply disruption. However, as demonstrated by the development and failure of rare earth element deposits outside China, sustainable economic profitability is sometimes very challenging. To revive European mining activities for strategical or environmental reasons, we need an improvement in the knowledge available on the main parameters that play a role in the lithium mining profitability. In Europe lithium is found in rare metal pegmatites and granites (RMPG) among the variscan belt.
One of the parameters controlling RMPG melt ascent and emplacement is the tectonic environment. While localized structures like faults, faults zones or ductile shear bands form preferential pathways for melts ascent throughout continental crust, melts distribution can also help localizing deformation. This close relationship between localized structures and occurrences of magmatic pods or dykes is well reflected in nature where most of RMPG are found to be spatially associated with a major shear zones, while pegmatites form fields of rather small and localized bodies, observed from lower to upper crustal levels clustering along brittle faults. However, the physical relationships between the RMPG ascent and emplacement and their structural framework remain poorly known because melting and tectonics take place at different time scales).
The present project aims at addressing this issue by an innovative multiscale thermo-mechanical modelling approach, which permits to account for feedbacks between tectonics, heat transfer and melting. Long time-scale regional models of formation of migmatitic domes, constrained by field and geophysical data, will permit to get a self-consistent description of the structures and geotherm of the crust at the time of melting, while a newly developed short-term model of extraction-migration-crystallization, constrained by experiments, will permit to understand the parameters that control the distance between the migmatites and the RMPG, in their tectonic environment. This project will principally focus on two main targets: the Fregeneda-Almendra pegmatites field in the Central Iberian Zone of the West-European Variscan belt and the Beauvoir RMG in the northern part of the French Massif Central.
The PhD candidate will start by running 3D thermo-mechanical models of migmatitic domes representative of the case studies of Fregeneda-Almendra pegmatites field and the Beauvoir RMG. We will then import the thermo-rheological structures at the onset of melting in an existing short term code that has previously been used to model extraction and migration of pegmatitic melt and study in details how the structure inherited from migmatitic dome formation influences the path of the ascent of the melt. In a second stage, new crystallization laws obtained by our partner in the frame of the ANR Transfair will need to be implemented in the code in order to predict where, when and how the rare metal rich magma cristallizes.

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